กระแสน้ำขึ้นน้ำลงและพลวัตของกระแสน้ำ

แรงดึงดูดของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ทำให้เกิดจังหวะการขึ้นและลงของระดับน้ำทะเลที่คาดการณ์ได้ แต่รูปร่างของแอ่งมหาสมุทรและการหมุนของโลกต่างหากที่เปลี่ยนแรงกระทำนั้นให้กลายเป็นความหลากหลายของกระแสน้ำที่สังเกตได้ตามแนวชายฝั่ง

Definition

กระแสน้ำขึ้นน้ำลงคือการขึ้นและลงของระดับน้ำทะเลเป็นคาบเวลา ซึ่งเกิดจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์รวมกับการหมุนของโลก ส่วนพลวัตของกระแสน้ำคือการศึกษาว่าแรงเหล่านี้ขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของมหาสมุทรอย่างไร

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงต้นกำเนิดของแรงโน้มถ่วงที่ก่อให้เกิดกระแสน้ำ ทฤษฎีสมดุลและพลวัตของกระแสน้ำ องค์ประกอบฮาร์มอนิกที่ใช้ในการพยากรณ์กระแสน้ำ การก่อตัวของระบบกระแสน้ำหมุนวน (แอมฟิดรอม) ในแอ่งมหาสมุทร การขยายตัวของกระแสน้ำในทะเลตื้น และกระแสน้ำขึ้นน้ำลงที่เกิดขึ้น

Core questions

• แรงโน้มถ่วงใดที่ก่อให้เกิดกระแสน้ำ?
• เหตุใดทฤษฎีสมดุลจึงไม่สามารถพยากรณ์กระแสน้ำจริงได้ และทฤษฎีพลวัตเพิ่มอะไรเข้ามาบ้าง?
• กระแสน้ำถูกพยากรณ์จากองค์ประกอบฮาร์มอนิกได้อย่างไร?
• เหตุใดช่วงเวลาและจังหวะของกระแสน้ำจึงแตกต่างกันมากในแต่ละสถานที่?

Key theories

แรงที่ก่อให้เกิดกระแสน้ำและกระแสน้ำสมดุล

ความแตกต่างระหว่างแรงดึงดูดของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ที่กระทำต่อโลกกับการเร่งความเร็วในการโคจร ทำให้เกิดแรงที่ก่อให้เกิดกระแสน้ำ ซึ่งการตอบสนองในอุดมคติคือกระแสน้ำสมดุล

ทฤษฎีพลวัตและระบบแอมฟิดรอมิก

เนื่องจากมหาสมุทรไม่สามารถตอบสนองได้ทันที กระแสน้ำจึงแพร่กระจายเป็นคลื่นที่ถูกเบี่ยงเบนโดยแรงโคริออลิสและถูกจำกัดด้วยแอ่งน้ำ ทำให้หมุนรอบจุดแอมฟิดรอมิกที่มีช่วงกระแสน้ำเกือบเป็นศูนย์

Mechanisms

ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ออกแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันไปทั่วโลก ทำให้เกิดการป่องของน้ำขึ้นลง เมื่อโลกหมุนและวัตถุโคจร แรงเหล่านี้จะขับเคลื่อนคลื่นกระแสน้ำที่เคลื่อนที่ผ่านแอ่งมหาสมุทร โดยถูกจำกัดด้วยแนวชายฝั่งและถูกเปลี่ยนทิศทางด้วยแรงโคริออลิส คลื่นเหล่านี้จะก่อตัวเป็นระบบแอมฟิดรอมิกที่หมุนวน และในทะเลตื้นและอ่าว การสั่นพ้องสามารถขยายช่วงกระแสน้ำได้อย่างมาก

Clinical relevance

การพยากรณ์กระแสน้ำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเดินเรือ การปฏิบัติงานของท่าเรือ และวิศวกรรมชายฝั่ง กระแสน้ำขึ้นน้ำลงช่วยกระจายมลพิษและสารอาหาร ขับเคลื่อนการผสมผสาน นำพาพลังงานที่สามารถนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า และรวมกับคลื่นพายุซัดฝั่งเพื่อกำหนดความเสี่ยงน้ำท่วมชายฝั่ง

History

นิวตันได้อธิบายแรงที่ก่อให้เกิดกระแสน้ำและกระแสน้ำสมดุล ลาปลาซได้กำหนดสมการพลวัตของกระแสน้ำ จอร์จ ดาร์วินได้พัฒนาการวิเคราะห์ฮาร์มอนิก และเคลวิน (วิลเลียม ทอมสัน) ได้สร้างเครื่องพยากรณ์กระแสน้ำเครื่องแรก ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับการพยากรณ์กระแสน้ำที่แม่นยำซึ่งยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบัน

Key figures

• Isaac Newton
• Pierre-Simon Laplace
• George Darwin
• William Thomson

Seminal works

• pughWoodworth2014
• pinet2019

Frequently asked questions

ทำไมโดยทั่วไปแล้วจึงมีน้ำขึ้นสองครั้งต่อวัน?

แรงที่ก่อให้เกิดกระแสน้ำจะทำให้เกิดการป่องของน้ำทั้งด้านที่หันเข้าหาดวงจันทร์และด้านตรงข้ามของโลก ดังนั้นเมื่อโลกหมุน ชายฝั่งส่วนใหญ่จะผ่านน้ำขึ้นสองครั้งและน้ำลงสองครั้งในแต่ละวัน

อะไรเป็นสาเหตุของน้ำเกิดและน้ำตาย?

เมื่อดวงอาทิตย์และดวงจันทร์เรียงตัวกัน แรงกระแสน้ำของพวกมันจะเสริมกันทำให้เกิดน้ำเกิดขนาดใหญ่ เมื่อพวกมันตั้งฉากกัน แรงจะหักล้างกันบางส่วนทำให้เกิดน้ำตายขนาดเล็ก ซึ่งจะวนซ้ำทุกๆ สองสัปดาห์